二元乙丙橡膠可溶性包裝膜的油溶性能研究*

崔 華，邵彥萍，劉樂然，孫聚華，孫文秀，祖國臣，李金鷹，郭 楊，劉振國

隨著社會生活水平的不斷提高，人們對各行業商品的包裝材料提出了更高的要求。節能、環保、易加工、輕量化等特點也逐漸成為包裝業研究的熱點。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚烯烴(POE)類薄膜產品由于原料易得、成本低、加工工藝簡單等優勢，近年來吸引了包裝業越來越多的關注和研究[1-6]。進入20世紀以來，我國的橡膠工業得到飛速發展，乙丙橡膠(EPR)是需求和發展最快的膠種之一。

EPR的包裝薄膜一般由低密度聚乙烯(LDPE)、LDPE與乙烯-乙酸乙烯酯聚合物(EVAC)的共混物、EVAC及其它烯烴單體質量分數小于50%的乙烯共聚物和帶官能團的非烯烴單體質量分數不大于37%的乙烯共聚物等材料制得[7]，在制作過程中可以加入一定量的防老劑、爽滑劑和防黏劑等。三元乙丙橡膠(EPDM)的包裝薄膜常用PE薄膜，在后加工過程中，PE的存在不影響加工及加工產品的性能，一般不需要剝離。而二元乙丙橡膠(EPM)，尤其是J-0010，由于其門尼黏度較低，冷流現象嚴重，又因其主要用于潤滑油產品的黏度指數改進劑，需要良好的溶油性能[8-10]，因此對J-0010包裝薄膜提出了更高要求。目前，EPM的包裝膜可分為可剝離膜和可溶膜兩種。可剝離膜需要具有一定的強度和防粘性，而且還很難重復使用，由于其是不可降解的，因此從環保的角度考慮，企業更傾向于省時、省力、又不影響EPM油溶性能的可溶性包裝膜[11-12]。目前中國石油吉林石化公司生產的J-0010產品采用的包裝膜為可溶性包裝膜，潤滑油生產廠家在使用J-0010時無需剝離，可以直接使用，但價格昂貴。中國石油吉林石化公司研究院自主開發了可溶性包裝薄膜產品(L膜)，擬替代目前裝置在用的可溶性包裝膜。本文針對兩種薄膜進行了一系列油溶實驗研究，為L膜工業應用奠定基礎。

1 實驗部分

1.1 原料

J-0010膜：河北新樂華寶塑料機械有限公司；L膜：中國石油吉林石化公司研究院自主研制；基礎油：150N，臺灣臺塑工業股份有限公司。

1.2 儀器及設備

數字控溫電加熱套：98-1-C型，天津市泰斯特儀器有限公司；歐洲之星數顯攪拌器：IKAEUKDSTAR 60，德國IKA公司；運動黏度測定儀：DSY-104，大連石油儀器有限公司；剪切安定性測定儀：CECL-14-A，德國BOSCH公司；石油產品傾點凝點測定儀：DBE-203，大連北方儀器儀表廠；光電濁度計：WZT-3A，上海勁佳科學儀器有限公司。

1.3 實驗方法

取一定量的基礎油加入至500 mL玻璃三口瓶中，放入電熱套中，升溫并攪拌，按實驗要求稱取一定量的包裝薄膜，剪成5～8 mm的小方塊備用；當基礎油溫度達80 ℃時，將準備好的薄膜樣品加入至三口瓶中。加料結束后，繼續升溫至120 ℃，攪拌轉速調節為130 r/min，穩定控制，直至樣品完全溶解。

1.4 性能測試

運動黏度按照GB 265—1998進行測試；稠化能力按照SH/T 0566—93進行測試；傾點按照GB/T 3535—2006進行測試；剪切安定性(SSI)按照ASTM D 3945進行測試。

2 結果與討論

2.1 J-0010膜及L膜的溶解時間

在基礎油中加入不同用量的J-0010膜及L膜，配制成不同的濃度，考察膜的溶解時間，結果見表1。

表1 J-0010膜及L膜的溶解時間

高分子溶油時間的長短取決于產品的組成、產品的均一性、序列結構及分子鏈段的長度等多種因素。從表1可以看出，實驗范圍內不同薄膜、不同用量的條件下，兩種膜在基礎油中的溶解時間均不超過1.0 h，且溶解時間相當，溶解性在實驗條件下一致。

2.2 不同溫度的存放實驗

將不同膜用量的基礎油溶液分別在室溫(20 ℃)、2 ℃、-10 ℃及-20 ℃條件下進行存放實驗，考察存放72 h時，兩種膜溶液的外觀狀態，實驗結果見表2。

表2 J-0010膜及L膜溶液72 h存放實驗結果

從表2可以看出，在膜用量較高時，相同實驗溫度下J-0010膜的析出現象較L膜嚴重，J-0010膜在較低溫度下無析出，但是由于低溫下溶液黏度較大、流動性差等原因，導致很難觀察到析出物，僅能看到渾濁現象；在膜用量較低(0.05%)時，兩種膜溶液在不同溫度下存放情況一致。潤滑油廠家在不剝離膜的情況下，包裝薄膜在黏度指數改進劑中所占質量分數為0.05%左右，實驗結果顯示，該條件下L膜溶液為透明，72 h存放無析出物。從油品透明性考慮，L膜可用于J-0010產品包裝薄膜，溶油時不影響黏度指數改進劑的透明性，無析出物，無需剝離。

2.3 膜用量對基礎油溶液透明度的影響

對不同膜用量的基礎油溶液進行了濁度測試，濁度越大說明透明度越差，濁度的測試結果見圖1。

從圖1可以看出，在實驗范圍內，膜的質量分數為0.25%、0.5%及1.0%時，L膜溶液的濁度均小于J-0010膜溶液，說明L膜溶液的透明度優于J-0010膜；而膜的質量分數為0.05%時，兩種膜溶液的濁度相當即透明性基本一致。

w(膜)/%圖1 J-0010膜及L膜的濁度對比曲線

2.4 膜用量對基礎油溶液黏度的影響

黏度是潤滑油非常重要的指標，因此進行了不同膜用量的基礎油溶液100 ℃下運動黏度的測試，按照GB/T 265—1998中油品運動黏度的測試方法，不同膜用量基礎油溶液的黏度曲線見圖2。

w(膜)/%圖2 J-0010膜及L膜溶液的黏度曲線

從圖2可以看出，在相同膜用量的條件下，L膜溶液的黏度均高于J-0010膜，但從曲線的形狀可看出，膜用量較低時(質量分數為0.05%)，兩種膜溶液的黏度相當，對黏度指數改進劑的影響基本一致。

2.5 J-0010膜及L膜傾點的對比

傾點是影響潤滑油低溫性能的重要指標，針對不同膜用量的基礎油溶液進行了傾點的測試，結果見表3。

表3 J-0010膜及L膜的傾點1)

1) 150 N基礎油的傾點為-32 ℃。

目前國內的潤滑油產品多數為多級油，需要在較寬的溫度范圍內使用，因此要求傾點要足夠低，以滿足各種級別的潤滑油。從表3可以看出，基礎油150 N的傾點為-32 ℃，當加入J-0010膜及L膜時，傾點均明顯降低且兩種膜的加入對基礎油傾點的影響并沒有本質的區別。加入膜引起傾點明顯降低，原因是由于膜中一些分子鏈段的長度與基油中石蠟的分子鏈段長度一致或接近，所以膜起到降凝劑的作用，因此可溶性L膜的加入有利于降低基礎油的傾點。在調和成品油時，L膜的加入是否能降低降凝劑的使用量則需要進一步實驗驗證。

2.6 稠化能力及SSI對比

依照SH/T 0103—2007，以J-0010膜及L膜作為黏度指數改進劑，對其稠化能力及SSI進行了測試，結果見表4。

表4 J-0010膜及L膜的稠化能力及SSI

稠化能力和SSI是潤滑油的重要考察指標，黏度指數改進劑稠化能力越高、SSI值越小越好，這樣就會延長潤滑油的更換周期。表4的數據顯示，L膜的稠化能力雖然略高于J-0010膜，但L膜的SSI值卻明顯高于J-0010膜，這是由于兩種膜作為不同分子結構的黏度指數改進劑，在基礎油中分子伸展程度存在差異[13]，而L膜的伸展狀態較J-0010膜更易于受到剪切，導致L膜的SSI偏大。雖然L膜作為黏度指數改進劑的SSI偏大，但在實際潤滑油中可溶膜在油品中的含量非常低，因此，膜的加入對SSI的影響很小。

3 結 論

(1) 不同用量的L膜在基礎油中的溶解時間均不大于1.0 h，L膜的溶解時間可以滿足潤滑油廠家的要求。

(2) 在膜用量較高時，實驗溫度(-20～20 ℃)下，J-0010膜的析出現象比L膜嚴重；在膜的質量分數為0.05%時，L膜溶液及J-0010膜溶液在不同溫度下的存放現象基本一致，存放72 h無析出物，除-20 ℃下略渾濁外，其它溫度下存放均為透明。

(3) 膜的質量分數在實驗范圍(0.25%～1.0%)內，L膜溶液的濁度均小于J-0010膜；而膜的質量分數為0.05%時，兩種膜溶液的濁度相當。

(4) 在相同膜用量的條件下，L膜溶液的黏度均高于J-0010膜，但在膜用量較低時(質量分數為0.05%)，兩種膜溶液的黏度相當。

(5) 在基礎油中加入不同用量的J-0010膜及L膜時，傾點均明顯降低，且兩種膜的加入對基礎油傾點的影響沒有本質的區別。

參 考 文 獻：

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